浙江理工大学机械工程学院万宇及嘉兴学院信息科学与工程学院张立兵等人：柔性应变传感器用电流体动力打印高性能抗冻MXene共离子液体导电水凝胶

发布时间：2024.12.25
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（1）研究背景/挑战

①如何在保持离子导电水凝胶优异的机械支撑性能的同时提高其导电性是一个关键问题。

②传统导电材料（如金属纳米粒子、碳纳米管等）在水凝胶制备过程中易发生聚集，影响导电路径的构建和导电性。

（2）研究方法/技术

①引入MXene二维材料，利用其丰富的表面官能团、超亲水性、大比表面积和独特的金属导电性，改善水凝胶的分散性。

②采用电流体动力(EHD)打印技术，通过高压电场提高打印器件的分辨率和电导率，制备具有复杂网状结构的导电水凝胶。

图1.(a) EHD打印方法示意图。(b)水凝胶的制备过程。(c) PGIMG水凝胶形成示意图。

（1）研究亮点/研究重点

①MXene的引入有效提高了水凝胶的力学性能等，制备出的水凝胶具有优异的抗冻性能。

②与手工注射法制备的水凝胶相比，EHD打印法制备的水凝胶电导率提高了52.33，为柔性应变传感器的制备提供了新方法。

③制备的柔性应变传感器具有优异的低温传感性能，良好的稳定性等，适用于人体运动监测等应用。

图2.不同MXene含量PGIMG水凝胶的拉伸应力-应变曲线。

图3. PGI20M0.65G水凝胶的交流阻抗谱

图4. PGI20M0.65G水凝胶在600%应变范围内的GF

图5.25^°C下50%应变下300次循环的稳定性和耐久性试验

图6.用于人体运动检测的基于水凝胶的柔性应变传感器。检测(a)手指运动，(b)肘部运动，(c)手腕运动，(d)脸颊运动，以及(e)声带的细微变化。(f)在-60◦C温度下冷冻12小时后的手腕运动检测。

结论：将EHD打印技术与原位光聚合结合，制备了含MXene co-ILs复合导电网络的PGIMG水凝胶柔性应变传感器。高压电场使水凝胶前驱体溶液中的电荷有序排列，EHD打印法比手工注射法制备的水凝胶电导率更高。MXene纳米片与聚合物网络的氢键作用增强了水凝胶力学性能。MXene co-ILs形成的复合导电网络提升了传感器灵敏度，响应和恢复时间加快。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.05.039

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浙江理工大学机械工程学院万宇及嘉兴学院信息科学与工程学院张立兵等人：柔性应变传感器用电流体动力打印高性能抗冻MXene共离子液体导电水凝胶

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2024.05.039

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